纳米片状镍钴锰氧化物复合电极材料的制备及其储能特性研究

发布时间：2017-09-26 03:27

  本文关键词：纳米片状镍钴锰氧化物复合电极材料的制备及其储能特性研究

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【摘要】：过渡金属氧化物具有储量丰富,环境友好等特点,既可作为锂离子电池电极材料,又可作为超级电容器电极材料,且具有很高的理论比容量,是一种很有应用前景的电极材料,成为新型储能材料领域的研究热点。然而,由于过渡金属氧化物的导电性差,内部离子传导速率低等不足,其性能的发挥受到很大的限制。本文首先从改善MnO2的导电性入手,通过简单的水热方法,设计一种使MnO2纳米片原位生长在分散性的中间相炭微球表面,最终得到直径1.5微米左右具有MnO2壳和炭微球核的花状CMB@MnO2三维复合材料作为锂离子电池负极材料。在电流密度1500 mA g-1条件下容量为230 mAh g-1,并且显示出良好的倍率性能。在电流密度100 mA g-1条件下具有620 mAh g-1的高可逆比容量,前80个循环容量没有衰减。其次,借助于不同金属之间的协同效应可以有效地提高电极材料的电化学性能,通过原位成核生长技术,使纳米片状镍钴锰复合氧化物生长在MnO2纳米棒的表面,制备出三种多孔复合金属氧化物。形貌及晶型分析表明这三种复合过渡金属氧化物是由以β-MnO2纳米棒为核,镍锰、钴锰或镍钴锰氧化物(NMO,CMO,NCMO)三种复合氧化物为壳而组成的复合物。作为超级电容器的电极材料进行电化学性能测试,结果发现β-MnO2@CMO具有好的倍率性能;而β-MnO2@NMO具有高的赝电容,在电流密度1 A g-1具有560 F g-1的比电容;β-MnO2@NCMO结合了两者特点,相同测试条件下表现出675 F g-1的高赝电容。此外,提高电极材料比表面积可以为活性材料与溶液离子间提供更多的接触位点,增多电化学反应活性位置,是制备高性能超级电容器电极材料的有效途径。因此,先在水热条件下,利用简单的氧化还原反应,将NCMO原位生长在碳纳米管(CNT)上,经过在空气中高温煅烧后去除CNT模板,制备出由NCMO纳米片组成的管状复合物。测试表明管状多孔复合材料具有高的比表面积(134.1m2 g-1)和宽的孔径分布。将其作为电容器材料,在1 A g-1的电流密度下,表现出高的比电容680 F g-1。
【关键词】：锂离子电池负极材料 超级电容器材料 过渡金属氧化物 复合材料 多层次结构
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;TM53
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10
• 1.2 过渡金属氧化物的研究简述10-11
• 1.3 过渡金属氧化物在锂离子电池负极材料中的应用11-15
• 1.3.1 锂离子电池的结构及工作原理11-12
• 1.3.2 锂离子电池过渡金属氧化物负极材料的研究进展12-15
• 1.4 过渡金属氧化物在超级电容器电极材料中的应用15-19
• 1.4.1 超级电容器的特点及分类15-16
• 1.4.2 超级电容器过渡金属氧化物电极材料的研究进展16-19
• 1.5 本文的研究意义以及主要研究内容19-21
• 1.5.1 研究意义19
• 1.5.2 研究内容19-21
• 第2章 实验仪器药品以及测试方法21-26
• 2.1 主要试剂和仪器21-22
• 2.1.1 主要化学试剂及原材料21
• 2.1.2 主要实验仪器及设备21-22
• 2.2 材料的物理化学性质表征22-24
• 2.2.1 热重和差热分析22
• 2.2.2 原子吸收光谱分析22
• 2.2.3 X-射线衍射22-23
• 2.2.4 扫描电镜23
• 2.2.5 透射电子显微镜和能谱分析23
• 2.2.6 比表面积测试23-24
• 2.3 材料的电化学性能测试24-26
• 2.3.1 电极极片的准备24
• 2.3.2 锂离子电池的组装24
• 2.3.3 锂离子电池的充放电测试24-25
• 2.3.4 超级电容器电极极片测试方法25
• 2.3.5 电化学阻抗测试25
• 2.3.6 循环伏安测试25-26
• 第3章 炭微球@MnO_2复合材料的制备及其储锂性能研究26-33
• 3.1 引言26
• 3.2 CMB复合物的制备26-27
• 3.3 材料的物理表征与分析27-30
• 3.3.1 形貌表征27-28
• 3.3.2 晶型及组成分析28-29
• 3.3.3 CMB@MnO_2的合成机理简述29-30
• 3.4 电化学测试与分析30-32
• 3.4.1 充放电测试30-31
• 3.4.2 电化学阻抗测试31-32
• 3.5 本章小结32-33
• 第4章 β-MnO_2纳米棒@纳米片(镍，钴，，锰)氧化物层次结构的制备及超级电容性能的研究33-44
• 4.1 引言33-34
• 4.2 复合材料的制备34-35
• 4.3 材料的物理表征与分析35-39
• 4.3.1 材料的形貌表征35-37
• 4.3.2 比表面和孔结构分析37-38
• 4.3.3 晶型及组成分析38-39
• 4.4 电化学测试与分析39-43
• 4.4.1 循环伏安测试39-40
• 4.4.2 恒流充放电测试40-42
• 4.4.3 交流阻抗分析42-43
• 4.5 本章小结43-44
• 第5章 多孔结构的管状镍钴锰氧化物纳米片复合物的制备及其超级电容性能的研究44-54
• 5.1 引言44-45
• 5.2 NCMONST复合物的制备45-46
• 5.3 材料的物理表征与分析46-48
• 5.3.1 材料的形貌及晶型表征46-47
• 5.3.2 比表面和孔结构分析47-48
• 5.4 电化学测试与分析48-52
• 5.4.1 循环伏安测试49
• 5.4.2 恒流充放电测试49-51
• 5.4.3 交流阻抗分析51-52
• 5.5 本章小结52-54
• 第6章 结论与展望54-56
• 6.1 结论54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-64
• 致谢64-65
• 攻读硕士期间公开发表的论文65-66
• 个人简历66

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